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＜シンポジウム （4）-17-4 ＞ ALS におけるコミュニケーション障害とその対策：
完全閉じ込め状態への挑戦
ALS
患者におけるコミュニケーション戦略：BMI の現状と展望
長谷川良平
1） 要旨： 産業技術総合研究所では重度運動機能障がい者のコミュニケーションを支援するために，認知型 BMI 技 術をもちいた意思伝達装置「ニューロコミュニケーター」の開発を進めている． 本システムは，脳波のリアルタイム解析によってメッセージの候補（ピクトグラム）を同定することが可能である． このシステムを実現するために，3 つのコア技術，1）ポータブルかつワイヤレスの脳波計測機，2）高速・高精 度の脳波解読アルゴリズム，3）階層的なメッセージ生成システムをもちいている．健常者実験では 1 回の選択 あたり，95％以上の精度で予測をおこなうことができた（情報量として毎分 32 ビット相当）．現在，在宅患者対 象のモニター実験を介してさらなる技術改良をおこなっている． （臨床神経 2013;53:1402-1404） Key words： 脳波，意思伝達支援，ブレイン - マシン インターフェース はじめに筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis; ALS） を代表とする神経難病などに起因する運動機能障害によっ て不自由になった「生活の質」（Quality of Life; QOL）を向 上させるために残存運動機能などを着目した「代替・拡大 コミュニケーション」（Augmentative and Alternative Com-munication; AAC）に関する技術開発が世界的にも盛んになっ ていきている．簡単なものであれば，指差しが可能な患者用 に各種のメッセージが描かれた絵カードや透明文字盤などが ある．また，電子機器をもちいるものであれば，表情筋など 身体の一部の動作を筋電センサや歪みセンサで検出し，ワン ボタンスイッチにすることができる．そのばあい，単にナー スコール的に利用することもできるし，パソコン上で動く専 用ソフトウェアを操作して一文字ずつ入力するシステムも普 及しつつある． このような AAC の普及は，多くの意思伝達機能に障害 を持つ人々の助けになっているものの，全身の運動機能が極 度に低下した「完全閉じ込め状態（Totally Locked-in State; TLS）」の患者に対してはなすすべがないのが現状である． そこでわれわれの研究チームでは，脳と機械を直結するブレ イン - マシン インターフェース（Brain-Machine Interface: BMI） 技術1）～4）をもちいた意思伝達装置の研究開発に取り組んで きた．その最初の成果として 2010 年 3 月に試作第 1 号機の 開発に成功したのが，脳波 BMI による意思伝達装置「ニュー ロコミュニケーター」である（Fig. 1）5）．本論文では，その 技術内容を紹介するとともに今後の課題に関して論じること とする． 脳波による意思伝達装置の開発 ニューロコミュニケーターは，外観から確認される装置と してはヘッドギアとノートパソコン，サブモニターの 3 つの パートから構成されており，それらは以下のような仕組みで 働いている（Fig. 2）6）．まず，ユーザーが被るヘッドギアは 軽量樹脂製であり，その前方には小型無線脳波計が搭載され ている．脳波計からは複数のケーブルが伸びており，その先 には金属製の電極が取り付けられている．頭部 8 ヵ所の電極 はフジツボのような構造をしており，真ん中の小さな穴から 導電性のジェルを流し入れて，髪の毛の間に染み込むことに よって頭皮と電極がつながっている．これらの電極によって 1）産業技術総合研究所ヒューマンライフテクノロジー研究部門〔〒 305-8568 茨城県つくば市梅園 1-1-1 中央第 2〕 （受付日：2013 年 6 月 1 日） Fig. 1 脳波による意思伝達装置「ニューロコミュニケーター」．
ALS 患者におけるコミュニケーション戦略：BMI の現状と展望 53：1403 計測した脳波データはリアルタイムでノートパソコンに無線 送信されている．ヘッドギアをかぶったユーザーの眼前には， パソコンに接続された小さなサブモニターが置かれている． その画面上には伝えたいメッセージを表すような 8 種類のピ クトグラム（単純な絵カードのようなアイコン）がメニュー のように並んでいる．メニュー画面が提示されたのち，しば らくすると各ピクトグラムが順次，疑似ランダムな順でフ ラッシュする（「これかな」という文字が一瞬表示）．この間， 注目しているピクトグラムがフラッシュしたときに，わずか ではあるが脳波に一定の変化が生じる．この脳波の変化は， 専門用語で「P300」と呼ばれていて，「おやっ」と思うよう な注意の高まりがあったときに観察される7）． 脳波計から無線データを受け取ったノートパソコンでは， この P300 をリアルタイムで検出するプログラムが動いてい る．各ピクトグラムに対するフラッシュが数回くりかえされ た段階で，もっとも強い P300 を誘発したピクトグラムがユー ザーの選びたいものであると推測する．P300 の検出には線 形判別分析をベースとするパターン識別技術がもちいられて おり，選ばれたメッセージは，パソコン画面上に現れたアバ ター（ユーザーの代わりとなる CG のキャラクター）が人工 音声付きアニメーションによって周囲に伝えてくれる．なお， 本システムではメッセージを作るために 8 種類のピクトグラ ムから 1 つを選ぶ作業を 3 回くりかえしてメッセージを具体 化していく方式により，8 の 3 乗，つまり 512 種類という多 様なメッセージを表現することができる． 体系的に実験をおこなった 10 名以上の健常者においては， 1回の選択あたり（8 種類の選択肢に関して 5 回ずつのフラッ シュをおこなう条件＝約 6 秒間）95％以上の精度で解読可能 であった8）9）（情報量としては毎分約 32 ビットに相当）． 実用化に向けた課題 上述した技術のほとんどは，2010 年 3 月のプレス発表ま でに基本的な開発を終わっており，現在は実際の患者を対象 としたモニター実験を実施中である10）．主に在宅療養中の 患者宅を訪問し，1 回あたり約 3～4 時間の滞在時間のなか， 試作機の性能評価や患者側からのユーザビリティ評価に関す る実証実験をおこなっている．頭部の締め付け感の強い布製 ヘッドキャップの代わりに樹脂製ヘッドギアを導入すること にあったのも，このようなモニター実験での患者の意見が きっかけとなっている．他にもモニター実験の進行とともに 様々な改良がなされているが，実際にはまだまだ苦戦を強い られている．統制された環境の実験室において健常者を対象 として実験するのであれば，かぎりなく 100％に近い精度で 解読が可能であるにもかかわらず，患者の生活する家庭内で はベッドサイドに医療機器や各種家電製品が存在し，激しい 電気的ノイズを発生するのである．また，患者の容態も多種 多様であり，運動機能だけでなく認知機能もしくは意識レベ ルの低下もふくまれるケースなどもある．そのため，現在は 電気的ノイズに強いシステムの開発やルールのわかりやすい メッセージ生成方法の開発に重点を置いて実用化開発を加速 している． 実用化に向けたさらなる改良のためにはひき続きモニター 実験を継続する必要があるが，今後は全国の医療機関や訪問 介護ネットワークと連携関係を築き，同時並行的に多数の臨 床データを取得していきたいと考えている（連携先を募集 中）．また，試作機レベルとはいえ，現バージョンのシステ ムを製品化することで，意思伝達で困っておられる多くの患 者とその家族に少しでも貢献できるように技術移転の作業も 進めている． ※本論文に関連し，開示すべき COI 状態にある企業，組織，団体 はいずれも有りません． 文 献 1） 長谷川良平．ブレイン・マシン・インタフェースの現状と 将来．電子情報通信学会誌 2008;91:1066-1075. 2） 川人光男．脳の情報を読み解く BMI が開く未来．朝日選書； 2010． 3） 長谷川良平ら共著．ブレインコミュニケーション～脳と社 会の通信手段～．電子情報通信学会，編．2011． 4） 長谷川良平ら共著．ロボットテクノロジー．一般社団法人 日本ロボット学会，編．オーム社；2011. 5） プレス発表：独立行政法人産業技術総合研究所ニュー ス リ リ ー ス http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2010/ pr20100329/pr20100329.html 6） 長谷川良平．脳波 BMI 技術をもちいた実用的意思伝達シス テム．電子情報通信学会誌 2012;95:834-839. 7） 入戸野宏．心理学のための事象関連電位ガイドブック．北 大路書房；2005. 8） 南 哲人 , 井上康之 , 長谷川良平．ニューロコミュニケー ターにおける性能向上の試み～感性を考慮したブレイン－ マシン インターフェースの開発～．日本感性工学会論文 誌 2012;11:509-518. 9） 長谷川良平，工藤泰彦．脳波による意思伝達装置「ニュー ロクコミュニケーター」の実用化開発．SAT テクノロジー・ ショーケース 2013, P-50（2013/01/22, つくば） Fig. 2 「ニューロコミュニケーター」の動作原理．
臨床神経学 53 巻 11 号（2013：11） 53：1404 10） 中山優季 , 松田千春 , 小倉朗子ら．重度運動障がい者におけ る脳波計測による意思伝達装置「ニューロコミュニケー ター」をもちいた意思伝達の有用性と看護支援に関する研究． 日本難病看護学会誌 2013;17:187-204. Abstract
Development of a cognitive BMI “neurocommunicator” as a communication aid of patients
with severe motor deficits
Ryohei P. Hasegawa, Ph.D.
1)1) Human Technology Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technolo (AIST)
